基于嵌入式单片机的电机控制系统设计

基于嵌入式单片机的电机控制系统设计
摘要:随着信息技术的发展,越来越多的单片机被应用于各种控制系统的电路中。

通过使用单片机,并自行设计其中的软硬件系统,提高了系统的稳定性并简化电路的设计.通过参数调整可以适用于不同的电机，提高了系统的推广潜力。

本文通过对系统的设计和实际测试进行分析，找出系统的优缺点,为该系统的扩展提供建议和思路。

关键词:嵌入式系统;单片机;电机控制
中图分类号:TM33 文献标识码：A 文章编号：1674—7712 （2014）06-0000—01
电机作为一种工业领域应用最广泛的机电设备,传统的模拟器件控制方式由于结构简单所以具有很大的成本优势，但是在稳定性和系统升级方面没有保障。

随着信息技术的发展，简单可靠的单片机嵌入式技术为电机控制带来了新的方向，提高了电机的控制性.在嵌入式控制系统的设计上硬件和软件两个部分，不同的软硬件平台有各自不同的优势[1］。

一、硬件的选择
(一)MCU的选择
通过选择功能强大、运算能力强的MCU可以提高系统的控制性能。

很多平台习惯采用microchip公司的dsPIC20F
芯片,这是一款集成DSP技术的16位控制器,但是笔者针对目前芯片的发展趋势以及将来的升级能力的考虑，选用Motorola公司的32位芯片M。

CORE，M。

CORE不仅在运算性能上远远强于dsPIC20F，同时在软件开发环境以及抗干扰性能方面也十分强大。

通过采用M。

CORE可以降低外设的投入和软件开发的难度，可以通过修改参数实现移植，在二次开发上可以减少很大工作量［2].
（二）硬件电路设计
1。

电路工作原理。

本控制电路采用的是闭环控制原理，由相应的传感器检测电机转子的位置，交由CPU控制进行计算,得出转子位置，然后将转子位置信息传入驱动电路，进行对应的旋转控制.在出现速度偏差时通过脉冲信号传递给CPU计算并发出信号进行控制（原理图如下：图1).
2。

转子位置计算电路。

采用霍尔位置传感器检测转子位置。

工作原理:霍尔传感器由固定在电机座上的静止部分、固定在电机转轴上的转动部分以及一个同样固定在电机转
轴上的遮光片组成。

通过三个部分的输出信号可以确定转子位置[3].
3。

驱动模块。

驱动模块包括控制器、功率变换电路和电动机三个部分。

通过数字驱动芯片的完成对电机的驱动作用。

通过MCU发出指令传入信号器，在信号器内进行频率
变化，实现电机速度的控制。

二、软件平台的设计
在软件平台的设计上选择UCOS为开发平台。

（一）软件控制功能
UCOS在多任务实时处理方面具有很大优势，非常适合电机的控制系统，结合工作需求的分析,将应用软件的功能分为以下几个方面：
1.基本功能。

本平台的基本功能是测量、数据处理和驱动输出.优先级别最高的是测量任务,其次就是数据处理任务,最后是驱动输出。

2。

电机保护任务。

此任务是对电机运行故障进行报警,并停止电机运行，所以此任务在优先级设置上仅次于测量任务。

3。

人机交互功能。

这类任务是为了方便观察电机的转速以及温度，在输出优先级中尚属最低，就不用说整体优先级了,所以这个功能的优先级是最低的。

在基于UCOS操作系统进行工作的时候,必须先初始化CPU，然后是操作系统，最后才是对任务控制模块进行初始化，在这之后就是对数据的读取和处理。

(二）软件控制程序
在整个软件程序的设计中，控制程序的设计是尤为关键的。

控制程序就是除主程序之外的中断服务程序。

主程序负
责各种数据的采集、记录和输出，而中断子程序则负责中断当前服务调用其他功能。

在程序运行过程中，主程序完成所有功能之后，中断子程序负责中断部分服务，并把数据输出到LCD显示器上，任务完成后再把主控权交给主程序。

如果发现电机发生故障,则中断子程序再次接管系统，中断电机运行，并输出故障信号。

在故障结束或修复后重启系统，再进入最开始情况继续运行。

当系统检测到运行环境发生变化时都会交由中断子程序进行中断，并在做出判断后继续运行.
三、系统测试
通过搭建模拟测试平台,验证了本平台对于电机的控制作用。

经长时间运行，电机变速过程平稳，未出现较大抖动,恒速运转十分稳定,效果较好。

后期进行故障测试的时候，结果显示中断子程序能够很好的完成中断运行，并发出报警声音及报警信号，从而保障电机的安全运行。

四、结束语
本文通过M.CORE的应用与分析，针对电机控制系统进行设计，得到了一个非常优秀的电机控制平台,无论是硬件还是软件的设计，其适应性、灵活性、稳定性都比较好。

并且在日后的升级维护中，有很大的升级空间.在平台的推广方面，只需要很少的软件参数改动就可以完美的实现控制平台的移植，可以很好的节省二次开发的成本。

参考文献：
［1］张国栋。

基于嵌入式单片机的步进电机控制系统设计[J]。

电脑知识与技术,2011(24）.
［2]刘大维.基于嵌入式单片机的智能车控制系统研究[D］.华南理工大学，2013.
[3］武书扬。

基于嵌入式单片机的底盘测功机控制系统的研究[D］。

吉林大学,2013.
［作者简介］陈国锦（1983-），男，广西人，工程师，研究方向：商用空调产品研发。